【学习课件】第7章_磁电式传感器
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磁电式传感器教学课件
智能化与集成化的发展趋势
智能化
随着人工智能技术的发展，磁电式传感器正 朝着智能化方向发展，能够实现自适应、自 校准、自诊断等功能，提高了传感器的使用 便利性和可靠性。
集成化
集成化是磁电式传感器的重要发展趋势，通 过将多个传感器元件集成在一个芯片上，实 现多参数、多功能的测量，提高了传感器的 集成度和应用范围。
磁电式传感器的材料选择
材料选择概述
材料选择是磁电式传感器制造的重要环节 之一，它决定了传感器的性能和寿命。
弹性材料
弹性材料用于制造弹性元件，要求具有高 弹性模量和良好的耐疲劳性能，常用的弹 性材料有不锈钢、合金钢等。
磁性材料
磁性材料是磁电式传感器制造的关键材料 ，它需要具有高磁导率、低矫顽力等特点 ，常用的磁性材料有铁氧体、钕铁硼等。
应用领域与优势
应用领域
磁电式传感器在工业自动化、汽车电 子、智能家居等领域有广泛应用，如 速度和位置检测、振动和压力测量等 。
优势
磁电式传感器具有高精度、高灵敏度 、低成本等优点，同时具有较长的使 用寿命和可靠性，因此在许多领域中 得到了广泛应用。
02
磁电式传感器的工作原理
磁场与电磁感应
磁场
由磁体或电流产生，对铁磁物质有吸引或排挤作用。
谢谢您的凝听
THANKS
磁电式传感器教学课件
CONTENTS
• 磁电式传感器概述 • 磁电式传感器的工作原理 • 磁电式传感器的设计与制造 • 磁电式传感器的性能测试与校
准 • 磁电式传感器的应用实例 • 磁电式传感器的发展趋势与展
望
01
磁电式传感器概述
定义与工作原理
定义
磁电式传感器是一种利用磁场感应原理来检测物理量的传感器。
第7章 磁电式传感器1PPT课件
实际使用时, 器件输入信号可以是I或B，或者IB,而输出 可以正比于I或B, 或者正比于其乘积IB。
（二）霍耳元件的主要技术参数
1）输入电阻Rin和输出电阻Rout
Rin指A，B两侧电流电极间的电阻，Rout指C、D两 侧霍耳元件电极间的电阻。
2）额定控制电流IC 室温条件下，允许通过霍耳元件的最大电流值。
I
B
V
R E
R3 UH
霍耳器件的基本电路
霍耳电势UH； 控制电压V；
输出电阻R2； 输入电阻R1； 霍耳负载电阻R3； 霍耳电流IH。
图中控制电流I由电源E供给。霍耳输出端接负载R3, R3可 是一般电阻或放大器的输入电阻、或表头内阻等。磁场B 垂直通过霍耳器件, 在磁场与控制电流作用下，由负载上 获得电压。
霍尔元件的主要技术参数
型号
EA218 FA 2 4 V H G -11 0 AG1 M F07FZZ M F19FZZ M H 07FZZ M H 19FZZ KH-400A
材料
InAs InAsP GaAs
Ge InSb InSb InSb InSb InSb
控制 霍尔 输入
电流 电压 电阻
(mA) (mV, 0.1T)
按被检测的对象的性质可将它们的应用 分为:直接应用和间接应用。
通过它，将许多非电、非磁的物理量例 如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速 度、加速度、角度、角速度、转数、转速以 及工作状态发生变化的时间等，转换成电量 来进行检测和控制。
（一）霍耳传感器工作原理 1、霍耳效应
B
w FE
FL v
H
I UH
③灵敏度低 与Insb霍尔传感器相比灵敏度低。大多数 Insb霍尔传感器的输出电压较高，但这类 传感器在500高斯左右开始达到饱和。 ④GaAs霍尔传感器的不平衡电压随温度变 化较大。 在弱磁场中(10高斯以下)不如InSb霍尔传 感器。
传感器原理7磁电式传感器课件
。
02
磁电式传感器基础知识
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是通过磁场感应原理来检测物理量的传感器。 当被测物体（如金属）接近传感器时，会在传感器线圈中产 生感应电动势，从而实现对被测物体的检测。
磁电式传感器通常由线圈和磁铁组成，当被测物体接近线圈 时，会引起线圈中磁通量的变化，进而产生感应电动势。
07
案例分析：某型号磁电式 传感器的应用与性能分析
应用场景介绍
工业自动化生产线
用于检测生产线上的物体运动速度和位置，实现自动化控制。
汽车安全系统
用于检测汽车发动机和传动系统的工作状态，保障行车安全。
物流分拣系统
用于识别包裹上的条形码和地址信息，实现快速分拣和配送。
传感器性能测试与分析
灵敏度测试
测量误差大
可能是由于传感器老化、参数设置错 误或环境干扰导致，需要进行校准和 检查。
无信号输出
可能是传感器损坏或电源故障导致， 需更换传感器或检查电源。
温度漂移
由于温度变化导致传感器测量值发生 变化，需要进行温度补偿或更换更高 品质的传感器。
06
磁电式传感器的发展趋势 与展望
新材料在磁电式传感器中的应用
优化设计方法
采用有限元分析、仿真软件等工具进行优化设计，提高传感器性能 。
磁电式传感器的材料选择
材料要求
根据传感器的工作原理和 应用环境，选择具有高磁 导率、高电阻率、低损耗 等特性的材料。
常用材料
如坡莫合金、硅钢等软磁 材料，以及导电材料如铜 、铝等。
材料性能比较
对不同材料的性能进行比 较，选择最适合的材料组 合，以提高传感器性能。
误差分析
分析传感器在使用过程中出现的误差来源，提出减小误差 的方法。
02
磁电式传感器基础知识
磁电式传感器的工作原理
磁电式传感器是通过磁场感应原理来检测物理量的传感器。 当被测物体（如金属）接近传感器时，会在传感器线圈中产 生感应电动势，从而实现对被测物体的检测。
磁电式传感器通常由线圈和磁铁组成，当被测物体接近线圈 时，会引起线圈中磁通量的变化，进而产生感应电动势。
07
案例分析：某型号磁电式 传感器的应用与性能分析
应用场景介绍
工业自动化生产线
用于检测生产线上的物体运动速度和位置，实现自动化控制。
汽车安全系统
用于检测汽车发动机和传动系统的工作状态，保障行车安全。
物流分拣系统
用于识别包裹上的条形码和地址信息，实现快速分拣和配送。
传感器性能测试与分析
灵敏度测试
测量误差大
可能是由于传感器老化、参数设置错 误或环境干扰导致，需要进行校准和 检查。
无信号输出
可能是传感器损坏或电源故障导致， 需更换传感器或检查电源。
温度漂移
由于温度变化导致传感器测量值发生 变化，需要进行温度补偿或更换更高 品质的传感器。
06
磁电式传感器的发展趋势 与展望
新材料在磁电式传感器中的应用
优化设计方法
采用有限元分析、仿真软件等工具进行优化设计，提高传感器性能 。
磁电式传感器的材料选择
材料要求
根据传感器的工作原理和 应用环境，选择具有高磁 导率、高电阻率、低损耗 等特性的材料。
常用材料
如坡莫合金、硅钢等软磁 材料，以及导电材料如铜 、铝等。
材料性能比较
对不同材料的性能进行比 较，选择最适合的材料组 合，以提高传感器性能。
误差分析
分析传感器在使用过程中出现的误差来源，提出减小误差 的方法。
磁电式传感器介绍课件
温度稳定性
通过改进材料和结构设计，提高磁电式传感器的温度稳定性，使其在宽温范围内仍能保 持稳定的性能。
降低成本与推广应用
降低制造成本
优化生产工艺和降低原材料成本，以降 低磁电式传感器的制造成本，使其更具 市场竞争力。
VS
标准化与互操作性
推动磁电式传感器的标准化和互操作性， 促进不同厂商之间的传感器兼容性和互换 性，降低使用成本。
振动与冲击测量
振动传感器
磁电式传感器能够将机械振动转化为 电信号，实现振动的测量。在结构健 康监测、地震工程等领域有广泛应用 。
冲击传感器
磁电式传感器能够测量冲击波或冲击 力的强度和方向，常用于爆炸测试、 武器系统等领域的安全监测和防护。
05
磁电式传感器的未来发展与挑 战
新材料与新技术的应用
高性能磁性材料
高灵敏度
01
磁电式传感器采用磁电转换原理 ，能够将磁场变化转化为电信号 ，具有较高的灵敏度，能够检测 微弱的磁场变化。
02
高灵敏度使得磁电式传感器在测 量弱磁场、低磁场变化率以及微 小位移等方面具有显著优势。
宽测量范围
磁电式传感器的测量范围较广，能够 适应不同大小和类型的磁场。
宽测量范围使得磁电式传感器在各种 磁场环境下都能实现精确测量，具有 广泛的应用领域。
线圈设计还需要考虑到线圈的散热性能和绝缘性能，以确保传感器能够长时间稳定 运行。
材料选择与加工工艺
01
02
03
04
材料选择与加工工艺是影响磁 电式传感器性能的重要因素。
在材料选择方面，需要考虑到 材料的磁性能、机械性能和稳
定性等因素。
在加工工艺方面，需要考虑到 加工精度、表面处理和装配工
艺等因素。
通过改进材料和结构设计，提高磁电式传感器的温度稳定性，使其在宽温范围内仍能保 持稳定的性能。
降低成本与推广应用
降低制造成本
优化生产工艺和降低原材料成本，以降 低磁电式传感器的制造成本，使其更具 市场竞争力。
VS
标准化与互操作性
推动磁电式传感器的标准化和互操作性， 促进不同厂商之间的传感器兼容性和互换 性，降低使用成本。
振动与冲击测量
振动传感器
磁电式传感器能够将机械振动转化为 电信号，实现振动的测量。在结构健 康监测、地震工程等领域有广泛应用 。
冲击传感器
磁电式传感器能够测量冲击波或冲击 力的强度和方向，常用于爆炸测试、 武器系统等领域的安全监测和防护。
05
磁电式传感器的未来发展与挑 战
新材料与新技术的应用
高性能磁性材料
高灵敏度
01
磁电式传感器采用磁电转换原理 ，能够将磁场变化转化为电信号 ，具有较高的灵敏度，能够检测 微弱的磁场变化。
02
高灵敏度使得磁电式传感器在测 量弱磁场、低磁场变化率以及微 小位移等方面具有显著优势。
宽测量范围
磁电式传感器的测量范围较广，能够 适应不同大小和类型的磁场。
宽测量范围使得磁电式传感器在各种 磁场环境下都能实现精确测量，具有 广泛的应用领域。
线圈设计还需要考虑到线圈的散热性能和绝缘性能，以确保传感器能够长时间稳定 运行。
材料选择与加工工艺
01
02
03
04
材料选择与加工工艺是影响磁 电式传感器性能的重要因素。
在材料选择方面，需要考虑到 材料的磁性能、机械性能和稳
定性等因素。
在加工工艺方面，需要考虑到 加工精度、表面处理和装配工
艺等因素。
第7章磁电式传感器课件
第7章 磁电式传感器
2.机载振动检测系统
飞机飞行过程发动机运转的平衡和空气动力的作用，都会引起各 部分产生不同程度的振动，当振动量过大，将会造成飞机构件的 损坏。因此为了确保飞行安全，在飞机设计中，对一些重要部件 如发动机、机身、机翼等，都必须在地面进行振动实验，以保证 这些部件的结构设计是否合理，零件加工和装配是否符合质量要 求，在这些试验中，广泛采用磁电式振动传感器。
第7章 磁电式传感器
5
线圈、磁铁静止不动
被测旋转体转动
测量齿轮转动
齿的凹凸使磁路磁 阻周期变化
磁路磁通周期性变化
线圈中产生周期性 变化的感应电动势
第7章 磁电式传感器
线圈中感应电动势变化频率等于磁通变化频率，也就是等于被 测转速与测量齿轮上齿数的乘积，即
f nZ 60
Z为齿轮齿数，n为被测体的转速(r/min)
这种结构简单，但输出信号较小，适用于转速较低或振动不 太强烈的场合
第7章 磁电式传感器 (2) 闭磁路式结构
1、永久磁铁 3、线圈， 5、内齿轮 6、外齿轮 7、 被测转轴
它由装在转轴上的内齿轮和外齿轮、永久磁铁和感应线圈组成，内外齿轮齿 数相同。 当转轴连接到被测转轴上时，外齿轮不动，内齿轮随被测轴而转 动，内、外齿轮的相对转动使气隙磁阻产生周期性变化，从而引起磁路中磁 通的变化，使线圈内产生周期性变化的感应电动势。 显然，感应电势的频 率也与被测转速成正比。
加速度 测量
第7章 磁电式传感器 7.1.2 磁电感应式传感器的非线性误差
磁电式传感器产生非线性误差的主要原因是: 由于传感器线 圈内有电流I流过时, 将产生一定的交变磁通ΦI, 此交变磁通叠加 在永久磁铁所产生的工作磁通上, 使恒定的气隙磁通变化如图所 示。
第7章 磁电式传感器PPT课件
（2）输入电阻 Ri
控制电极间的电阻值（20±5℃）
输出电阻 R0
指霍尔电极间的电阻值
IH UH Ri
Ro
(3）不等位电势和不等位电阻
• 当霍尔元件的激励电流为I时，若
元件所处位置磁感应强度为零，
此时测得的空载霍尔电势。
• 不等位电势就是激励电流经不等
位电阻所产生的电压。 (4） 寄生直流电势
r0
U0 I
一般分为两种： 磁电感应式: 利用导体和磁场发生相对运动产生感应电势 霍尔式: 载流半导体在磁场中有电磁效应(霍尔效应)而输出电
势
第7章 磁电式传感器 7.1.1 磁电感应式传感器工作原理
以电磁感应原理为基础的，根据电磁感应定律，线圈两端 的感应电动势正比于线圈所包围的磁链对时间的变化率，即
e W d
– 对KHI乘积项同时进初行始补状偿态。：采KH用0,R恒i0流, 源I与H 0输入Ri回0RP路0RI并P0 联电阻 。
Ip
IH
温度变化后：Ri Ri0 (1 T ) Rp Rp0 (1 T )
Rp Is
UH
IH
RpIs Rp Ri
Rp0(1 T )Is Rp0(1 T ) Ri0(1 T )
要使
UH0=UH 即 KH0IH0B=KHIHB
图7-14 恒流温度补偿电路
Rp0
(
)Ri0
第7章 磁电式传感器
具有温度补偿的补偿电路
• 右图是一种常见的具有温度补偿 的不等位电势补偿电路。该补偿 电路本身也接成桥式电路，其工 作电压有霍尔元件的控制电压提 供；其中一个为热敏电阻Rt，并 且于霍尔元件的等效电阻的温度 特性相同。
第7章 磁电式传感器
磁电式传感器课件
34
2. 工作原理
空穴
电子
磁场H = 0：
（a）
P
→ →→
i
←←←
N 电流
少量电子和空穴
在
复合区 H=0
I 区、r区复合
（b） P
i
H+
N 电流
正向磁场 H+ ： 电子和空穴偏向 r 区， 电流因复合增大而减小
（c）
P
i
H-
N 电流
反向磁场 H- ： 电子和空穴偏向 I 区， 电流因复合减少而增大
这种传感器工作磁场恒定，线圈和磁铁两者间 产生相对运动，切割磁场线而产生感应电势。
动圈式
动铁式
4
恒磁通式磁电传感器的结构原理图
e WBLvsin
e WBLvsin
e WBAsint
5
（二）变磁通式磁电式传感器（磁阻式）
线圈和磁铁部分都是静止的，与被测物连 接而运动的部分是用导磁材料制成的，在运动 中，它们改变磁路的磁阻，因而改变贯穿线圈 的磁通量，在线圈中产生感应电动势。
1 Vcc
霍尔元件 放大
稳压
整形 输出 3 VT
结构： 稳压器、霍尔片、 差分放大器，施 密特触发器和输
地 2 出级等部分组成。
24
1 Vcc
霍尔元件 放大
稳压
整形 输出 3 VT
工作原理：
有磁场：UH >开启阈值，
高电平，VT导通 开状态
磁场减弱：UH <断开阈值，
地 2 低电平，VT截止 关状态
45
谢谢！
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2. 已知某霍尔元件尺寸为长L=10mm，宽 b=3.5mm，厚d=1mm。沿L方向通以电流 I=1.0mA，在垂直于L×b方向上加均匀磁场 B=0.3T，输出霍尔电势UH=6.55mV。求该霍尔 元件的灵敏度系数KH和载流子浓度n是多少？
传感器第7章1磁电式
2）导线或线圈固定不动磁场本身产生变化，即有梯度d dt
存在产生感应电势。
综上，产生感应电势的唯一条件是二者必须有相对变化，这
样将传感器安装在被测的运动体上，不需要参考坐标系就可通
过测量这种相对运动而获得被测体的绝对运动。故
称为相对测量原理，也称惯性原理。
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3
➢线圈在恒定磁场中作直线运动，并切割磁力线，感 生电势为：
第7章 磁电式传感器
主要内容：
1.磁电式传感器的工作原理； 2.磁电式传感器的测量电路 ； 3.磁电式传感器的应用。
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1
第 7 章 磁电式传感器
磁电式传感器是利用电磁感应原理，将输入运动速度变换 成感应电势输出的传感器。它不需要辅助电源，就能把被 测对象的机械能转换成易于测量的电信号，是一种有源传 感器。有时也称作电动式或感应式传感器， 它只适合进 行动态测量由于它有较大的输出功率，故配用电路较简单； 零位及性能稳定；工作频带一般为10~1000Hz。磁电式传 感器具有双向转换特性，利用其逆转换效应可构成力(矩) 发生器和电磁激振器等。
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26
§7. 5、应用－振动监测
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飞机地面振动实验系统原理方框图
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28
飞机振动模态分析
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29
激振器
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电动式激振器按其磁场的形成方法分有永磁式和励磁式
两种。前者多用于小型激振器，后者多用于较大型的激
振器，即振动台。电动式激振器的结构如图所示，
动圈式：永久磁铁与传感器壳体固定，线圈组件用柔软 的弹簧支撑。 相对动铁式，惯性质量小，增加阻尼比。
第7章 磁电式传感器2PPT课件
积分电路输出
U 0 (t) C 1 F d t C 1 U R R d t R 1 C U R d t
微分电路输出
U 0(t)R iR C dU d c t(t)R C dU d it(t)
三、压磁式传感器
1.压磁效应
某些铁磁物质在外界机械力作用下，其内部 产生机械应力，从而引起磁导率的改变，这 种现象称为“压磁效应”。
图（a）是没有栅格的情况，电流只在电极附近偏
转，电阻增加很小。在L> b 长方形磁阻材料上面制作许
多平行等间距的金属条（即短路栅格），以短路霍耳电
势，这种栅格磁阻器件如图（b）所示，就相当于许多
扁条状磁阻串联。所以栅格磁阻器件既增加了零磁场电
阻值、又提高了磁
I
I
阻器件的灵敏度。
常用的磁阻元件有 B
压磁式传感器的电路原理框图
三、其它磁传感器
1、磁阻元件
是一种电阻随磁场变化而变化的磁敏元件， 也称MR元件。它的理论基础为磁阻效应。。
1） 磁阻效应
若给通以电流的金属或半导体材料的薄片 加以与电流垂直的外磁场，则其电阻值就增加。 称此种现象为磁致电阻变化效应，简称为磁阻 效应。
在磁场中，电流的流动路径会因磁场的作
磁阻效应还与样品的形状、尺寸密切相 关。这种与样品形状、尺寸有关的磁阻效应称 为磁阻效应的几何磁阻效应。
长方形磁阻器件只有在L(长度)<b（宽度 ）的条件下，才表现出较高的灵敏度。把 L<W的扁平器件串联起来，就会 得 到 磁场电 阻值较大、灵敏度较高的磁阻器件。
f(L/b)称为形状效应系数。
在恒定的磁感应强度下，其长度Ｌ 比宽度ｂ 越小，则Δρ/ρ０越大。各种形状的磁敏电阻， 圆盘形样品的磁阻效应最明显。
磁电式传感器课件
滤波电路的设计 滤波电路用于滤除噪声和干扰信 号，提高传感器输出的信噪比。 应根据实际需求选择合适的滤波 器类型和参数。
相敏检波电路的设计 相敏检波电路用于提取传感器输 出的有用信号，其设计应考虑检 波方式和阈值电压的选择。
输出特性的优化
灵敏度的优化
灵敏度是磁电式传感器的重要性能指标之一，可以通过优 化磁路系统和感应线圈的设计来提高灵敏度。
利用先进的纳米制造技术 ，实现传感器的小型化、 集成化和高精度制造。
3D打印技术
利用3D打印技术快速原型 制造和定制化生产磁电式 传感器，提高生产效率和 降低成本。
薄膜工艺
发展先进的薄膜工艺，制 备超薄、高性能的磁电式 传感器，提高其响应速度 和稳定性。
新应用领域的拓展
生物医疗领域
探索磁电式传感器在生物医疗领 域的应用，如生物分子检测、医 学成像等。
类型与分类
类型
磁电式传感器有多种类型，包括 变磁阻式、变磁导式、电动式和 压磁式等。
分类
根据工作原理和应用领域，磁电 式传感器可分为模拟式和数字式 两大类。
应用领域
磁场测量
磁电式传感器广泛应用 于磁场测量领域，如地 球磁场测量、磁力仪等
。
速度和位置检测
磁电式传感器可用于检 测旋转或线性运动的速 度和位置，如转速表、
磁电式传感器课件
目 录
• 磁电式传感器概述 • 磁电式传感器的组成与特性 • 磁电式传感器的设计与优化 • 磁电式传感器的使用与维护 • 磁电式传感器的未来发展与展望
01
磁电式传感器概述
定义与工作原理
定义
磁电式传感器是一种基于电磁感应原 理的传感器，能够将磁场变化转换为 电信号输出。
工作原理
项目七磁电式.ppt
1.霍尔效应及霍尔元件 (1)霍尔效应 置于磁场中的静止载流导体,当它的电流方向与磁场方向 不一致时,载流导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间 产生电动势,这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电动 势。
14
如图所示,在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板,导电 板通以电流I,方向如图所示。导电板中的电流是金属中自由电 子在电场作用下的定向运动。此时,每个电子受洛仑兹力fm的 作用，fm大小为
1.磁电式传感器工作原理 根据电磁感应定律,当N匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过 线圈的磁通为,则线圈内的感应电势E与磁通变化率dφ/dt有如下 关系:
式中 E——感应电势； N——线圈匝数； φ——线圈的磁通。
根据这一原理, 可以设计成变磁通式和恒磁通式两种磁电式 传感器。
2
如图所示是变磁通磁电式传感器,用来测量旋转物体的角 速度。
电场强度为
式中，UH为电位差。
霍尔效应原理图
15
16
（2）霍尔元件基本结构 霍尔元件的结构很简单,它由霍尔片、引线和壳体组成,如 图(a)所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。 1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线 为霍尔输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、 陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件可用两种符 号表示，如图(b)所示。
25
霍尔计6
（一）交流激励霍尔式传感器的位移特性实验
1.实验目的 了解交流激励霍尔式传感器的特性。 2.实验仪器 霍尔式传感器模块、霍尔式传感器、测微头、直流电 源、数显电压表。 3.实验原理 交流激励霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原 理相同，不同之处是测量电路。
3
变磁通磁电式传感器结构图 1—永久磁铁；2—软磁铁；3—感应线圈；4—测量齿轮；
14
如图所示,在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板,导电 板通以电流I,方向如图所示。导电板中的电流是金属中自由电 子在电场作用下的定向运动。此时,每个电子受洛仑兹力fm的 作用，fm大小为
1.磁电式传感器工作原理 根据电磁感应定律,当N匝线圈在恒定磁场内运动时,设穿过 线圈的磁通为,则线圈内的感应电势E与磁通变化率dφ/dt有如下 关系:
式中 E——感应电势； N——线圈匝数； φ——线圈的磁通。
根据这一原理, 可以设计成变磁通式和恒磁通式两种磁电式 传感器。
2
如图所示是变磁通磁电式传感器,用来测量旋转物体的角 速度。
电场强度为
式中，UH为电位差。
霍尔效应原理图
15
16
（2）霍尔元件基本结构 霍尔元件的结构很简单,它由霍尔片、引线和壳体组成,如 图(a)所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。 1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线 为霍尔输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、 陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件可用两种符 号表示，如图(b)所示。
25
霍尔计6
（一）交流激励霍尔式传感器的位移特性实验
1.实验目的 了解交流激励霍尔式传感器的特性。 2.实验仪器 霍尔式传感器模块、霍尔式传感器、测微头、直流电 源、数显电压表。 3.实验原理 交流激励霍尔式传感器与直流激励一样，基本工作原 理相同，不同之处是测量电路。
3
变磁通磁电式传感器结构图 1—永久磁铁；2—软磁铁；3—感应线圈；4—测量齿轮；
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22
电动自行车的无刷电动机及控制电路
利用 PWM 调速
ppt课件
去速度 控制器
23
光驱用的无刷电动机内部结构
ppt课件
24
霍尔式接近开关
当磁铁的有效磁极接 近、并达到动作距离时， 霍尔式接近开关动作。霍 尔接近开关一般还配一块 钕铁硼磁铁。
ppt课件
25
霍尔式接近开关 用霍尔IC也能完成接近开关的功能，但是 它只能用于铁磁材料的检测，并且还需要建立 一个较强的闭合磁场。
ppt课件
6
磁场不垂直于霍尔元件时的霍尔电动势
若磁感应强度B不垂直于霍尔元件，而是与其法 线成某一角度 时，实际上作用于霍尔元件上的有效
磁感应强度是其法线方向（与薄片垂直的方向）的分
量，即Bcos，这时的霍尔电势为
EH=KHIBcos
结论：霍尔电势与输入电流I、磁感应强度B成正
比，且当B的方向改变时，霍尔电势的方向也随之改
线性型三端 霍尔集成电路
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开关型霍尔集成电路
开关型霍尔集成电路是将霍尔元件、稳压电路、 放大器、施密特触发器、OC门（集电极开路输出门） 等电路做在同一个芯片上。当外加磁场强度超过规定 的工作点时，OC门由高阻态变为导通状态，输出变为 低电平；当外加磁场强度低于释放点时，OC门重新变 为高阻态，输出高电平。较典型的开关型霍尔器件如 UGN3020等。
在右图中，当磁 铁随运动部件移动到距 霍尔接近开关几毫米时， 霍尔IC的输出由高电平 变为低电平，经驱动电 路使继电器吸合或释放， 控制运动部件停止移动 （否则将撞坏霍尔IC） 起到限位的作用。
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霍尔式接近开关用于转
速测量演示
n= 60 f
4
(r/min)
T
软铁分流翼片
向器和电刷，而采用霍尔元件来
检测转子和定子之间的相对位置，
其输出信号经放大、整形后触发
电子线路，从而控制电枢电流的
换向，维持电动机的正常运转。
普通直流电动机使用 的电刷和换向器
由于无刷电动机不产生电火花及
电刷磨损等问题，所以它在录像
机、CD唱机、光驱等家用电器中
得到越来越广泛的应用。
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无刷电动机在电动自行车上的应用
变。如果所施加的磁场为交变磁场，则霍尔电势为同
频率的交变电势。
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霍尔元件的主要外特性参数
最大磁感应强度BM
线性区
上图所示霍尔元件的线性范围是负的多少
高斯至正的多少高斯ppt课？件
8
霍尔元件的主要外特性参数（续）
最大激励电流IM :
由于霍尔电势随激励电流增大而增大， 故在应用中总希望选用较大的激励电流。但 激励电流增大，霍尔元件的功耗增大，元件 的温度升高，从而引起霍尔电势的温漂增大， 因此每种型号的元件均规定了相应的最大激 励电流，它的数值从几毫安至十几毫安。
电动自行车
无刷电动机
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可充电 电池组
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无刷电动机在电动自行车上的应用
无刷直流电动机 的外转子采用高性能 钕铁硼稀土永磁材料； 三个霍尔位置传感器 产生六个状态编码信 号，控制逆变桥各功 率管通断，使三相内 定子线圈与外转子之 间产生连续转矩，具 有效率高、无火花、 可靠性强等特点。
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d
a
c
b
磁感应强度B为零p时pt课件的情况
4
磁感应强度B 较大时的情况
作用在半导体薄片上的磁场强度B越强，霍 尔电势也就越高。霍尔电势EH可用下式表示：
EH=KH IB
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5
霍尔效应演示
d
a b
c
当磁场垂直于薄片时，电子受到洛仑
兹力的作用，向内侧偏移，在半导体薄片c、
d方向的端面之间建立起霍尔电势。
霍尔元 件
磁铁
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14
霍尔传感器用于测量磁场强度
测量铁心
气隙的B值
霍尔元件
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霍尔转速表
在被测转速的转轴上安装一个齿盘，也可
选取机械系统中的一个齿轮，将线性型霍尔器
件及磁路系统靠近齿盘。齿盘的转动使磁路的
磁阻随气隙的改变而周期性地变化，霍尔器件
输出的微小脉冲信号经隔直、放n大、60整f形后可
传感器
钢质
若汽车在刹车时车轮被抱死，将产生
危险。用霍尔转速传感器来检测车轮的转
动状态有助于控制刹车力的大小。
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霍尔转速表的其他安装方法 霍尔元件
磁铁
只要黑色金属旋转体的表面存在缺口
或突起，就可产生磁场强度的脉动，从而
引起霍尔电势的变化，产生转速信号。
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霍尔式无刷电动机
霍尔式无刷电动机取消了换
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霍尔传感器的应用
霍尔电势是关于I、B、 三
个变量的函数，即 EH=KHIBcos 。
利用这个关系可以使其中两个量
不变，将第三个量作为变量，或
者固定其中一个量，其余两个量
都作为变量。这使得霍尔传感器
有许多用途。
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霍尔特斯拉计（高斯计）
霍尔元件
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霍尔高斯计（特斯拉计）的使用
➢ 特点：结构简单、体积小、动态特性好、寿命长。
磁
学 量
磁敏传感器
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电 信 号
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第7章 概述
磁电式传感器
传感器原理及应用
磁电传感器 霍尔传感器测转速
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3
第一节 霍尔元件的结构及工作原理
半导体薄片置于磁感应强度为B 的磁场中， 磁场方向垂直于薄片，当有电流I 流过薄片时，在 垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势EH，这 种现象称为霍尔效应。
传感器原理及应用
第7章 霍尔式传感器
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1
第7章 磁电式传感器
传感器原理及应用
概述
➢ 霍尔传感器属于磁敏元件，磁敏元件也是基于磁电 转换原理，磁敏传感器是把磁学物理量转换成电信号。
➢随着半导体技术的发展，磁敏元件得到应用和发展， 广泛用于自动控制、信息传递、电磁场、生物医学等 方面的电磁、压力、加速度、振动测量。
以确定被测物线的性转霍速尔 。
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NS
磁铁
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霍尔转速表原理
当齿对准霍尔元件时，磁力线集中穿
过霍尔元件，可产生较大的霍尔电动势，
放大、整形后输出高电平；反之，当齿轮
的空挡对准霍尔元件时，输出为低电平。
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霍尔转速传感器在汽车防抱死装置（ABS） 中的应用
带有微
型磁铁
霍尔
的霍尔
以下哪一个激励电流的数值较为妥当？
5μA 0.1mA 2mA 80mA
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第二节 霍尔集成电路
霍尔集成电路可分为线性型和开关型两大 类。线性型集成电路是将霍尔元件和恒流源、线性差
动放大器等做在一个芯片上，输出电压为伏级，比直 接使用霍尔元件方便得多。较典型的线性型霍尔器件 如UGN3501等。